眾所周知，汽車無人駕駛已成為汽車發展的一種趨勢，它對汽車ECU系統數量和質量有了更大的需求。目前主流的電子架構體系已逐漸顯露出不足，而車載以太網因其具眾多優點，必然會在汽車車載網絡中普遍應用。本文將從入門者的角度，講解車載以太網中的重要知識。

01車載以太網的組成

車載以太網用于連接汽車內不同電氣設備的一種網絡，從而滿足車載環境中一些特殊需求，它與傳統以太網不盡相同，車載以太網主要由MAC（介質訪問控制）、PHY（物理接口收發器）組成，與傳統以太網不同，車載以太網固定為全雙工通信方式，出于對汽車啟動時間的考慮而沒有引入自動協商機制，此外車載以太網是通過單對非屏蔽或屏蔽電纜連接，與之對應的100M的MDI接口為100Base-T1，以此滿足EMC要求。

MAC是介質訪問控制的英文簡稱，它位于OSI七層模型中數據鏈路層的下半部分，主要負責控制與連接物理層的物理介質，它一端通過PCI總線連接計算機，另一端通過MII連接PHY。在發送數據時，MAC協議會判斷當前是否適合發送數據，若能，它會在將要發送的數據上附加一些控制信息，最終使數據以規定的格式到達物理層；在接收數據時，它會判斷數據是否有錯誤，如果沒有錯誤的話，它會去掉附加的控制信息發送至LCC（邏輯鏈路控制）子層。

PHY是物理接口收發器，它實現了以太網的物理層。PHY在發送從MAC接收到的數據時，會將該并行數據轉化成串行數據，之后再轉化為模擬信號發送；在接收數據時過程相反。

02MAC與PHY的接口連接

MAC與PHY之間通過兩個接口連接，分別為SMI接口和MII接口。MII是介質獨立接口，以太網MAC通過該接口發出數據幀經過PHY后傳輸到其他網絡節點上，同時其他網絡節點的數據先經過PHY后再由MAC接收；SMI全稱是串行管理接口，以太網MAC通過該接口可以訪問PHY的寄存器，通過對這些寄存器操作可對PHY進行控制和管理。

SMI接口包括MDIO（控制和管理PHY以獲取PHY的狀態）和MDC（為MDIO提供時鐘）。MDC由MAC提供，MDIO是一根雙向的數據線。用來傳送MAC層的控制信息和物理層的狀態信息。MDIO數據與MDC時鐘同步，在MDC上升沿有效。

MII接口有MII、RMII、SMII、SSMII、SSSMII、GMII、SGMII、RGMII等。這里簡要介紹其中的MII和RMII，如下圖所示。

圖1 MII接口

MII共使用了16根線。其中CRS與COL只在半雙工模式有效，而車載以太網固定工作在全雙工模式下，故應用在汽車環境需要14根線。

圖2 RMII接口

RMII：精簡版的MII，數據發送接收均為兩根，相比MII減少了4根，另外它整合或減去了一些線，最終RMII只有8根線。

03PHY的常用功能解讀

3.1PHY的回環模式

為了診斷以太網工作時出現的問題，需要給問題定位，PHY的回環模式就是起著這樣的作用，回環是指數據從一端發送經過一段路徑后又回到該端，相當于自發自收，一般PHY都有三種回環模式，分別為內部回環，外部回環和遠程回環，它們的回環路徑不同。下面簡要介紹下這三種回環模式。

3.1.1 內部回環

在內部回環模式，PCS接收模塊直接從PCS發送模塊獲得數據，如圖3所示。此操作允許MAC將通過MII發送功能發送的數據包與從MII接收功能接收的數據包進行比較，因此，驗證100Base-T1 PCS的狀態。

圖3 內部回環

3.1.2 外部回環

在外部回環模式下，PMA接收模塊直接從PMA發送模塊接收信號，如圖4所示。這種外部回環測試允許MAC將通過MII發送功能發送的數據包與從MII接收功能接收的數據包進行比較，因此，驗證100Base-T1 PCS和PMA的狀態。

圖4 外部回環

3.1.3 遠程回環

在遠程回環模式下，MDI上鏈接伙伴接收的數據包通過PMA接收和PCS接收模塊傳送到PCS發送模塊，后者又將其發送回鏈接伙伴。PCS接收數據可在MII上獲得。遠程回環允許MAC將發送到MDI的數據包與從MDI接收回的數據包進行比較，從而驗證物理信道的狀態，包括100Base-T1 PHY。如圖5所示。

圖5 遠程回環

3.2 PHY的電源模式

為了進一步降低系統功耗，一些PHY都支持多種電源模式，主要包括正常模式、待機模式和睡眠模式。

以太網要正常建立連接，PHY必須處于正常模式，在PHY上電后，一般不會馬上就工作在正常模式，而是待機模式。在待機模式下，PHY的ECU主電源被激活，功耗相對睡眠模式略高，睡眠模式是PHY工作功耗最低的模式，如果網絡中暫時不需要節點的功能，可使節點工作在睡眠模式，在睡眠模式下，此時節點可斷電整個ECU，除了喚醒檢測外，關閉所有內部功能。